Сферический титановый порошок

Обзор

Сферический титановый порошок это форма металлического порошка титана, обработанного до сферической морфологии. Он характеризуется высокой сферичностью, гладкой поверхностью, контролируемым распределением частиц по размерам и хорошей текучестью.

Некоторые ключевые свойства и детали сферического титанового порошка включают в себя:

Типы

• Чистый титановый порошок
• Порошки титановых сплавов (Ti-6Al-4V, Ti-6Al-7Nb и др.)

Методы производства

• Распыление газа
• Плазменный вращающийся электродный процесс (PREP)
• Газовое распыление при индукционном плавлении электродов (EIGA)

Диапазон размеров частиц

• 15-45 мкм
• 45-100 мкм
• 106-250 микрон

Типичное использование

• Порошок для 3D-печати
• Литье металлов под давлением
• Термическое напыление
• Производство титановых деталей

Основные характеристики

• Высокая сферичность (>90%)
• Контролируемый гранулометрический состав
• Хорошая текучесть
• Высокая чистота
• Меньшая площадь поверхности по сравнению с порошками неправильной формы

Виды Сферический титановый порошок

Существует две основные категории сферического титанового порошка по составу:

Таблица 1: Виды сферического титанового порошка

Тип	Описание
Чистый титан	99.5% титан с низким содержанием кислорода и железа
Титановые сплавы	Титан в сочетании с алюминием + ванадий, ниобий и т.д.

Чистый титановый порошок

Чистый сферический титановый порошок содержит не менее 99,5% титана с максимальными ограничениями по содержанию кислорода и железа. Он имеет самое высокое содержание титана по сравнению с титановыми сплавами.

Типичный состав:

• Титан: минимум 99,5%
• Кислород: максимум 2000 ppm
• Железо: максимум 3000 ppm

По своим свойствам он близок к чистому титану - высокая прочность, низкая плотность, устойчивость к коррозии. Используется в тех случаях, когда требуется высокая химическая чистота.

Порошки титановых сплавов

Наиболее распространенными порошками титановых сплавов являются Ti-6Al-4V и Ti-6Al-7Nb, содержащие алюминий и добавки ванадия или ниобия. Также производятся другие сплавы с такими элементами, как молибден, цирконий и олово.

Преимущества сплавов:

• Повышенная прочность
• Возможность работы при более высоких температурах
• Повышенная коррозионная стойкость

Порошки сплавов расширяют область применения за пределы порошков чистого титана.

Методы производства сферического порошка

Для получения сферического титанового порошка с контролируемым размером частиц в коммерческих целях используются различные методы газового распыления:

Таблица 2: Процессы производства сферического титанового порошка

Метод	Принцип	Размер частиц*
Газовая атомизация	Дезинтеграция расплавленного потока струями газа	15-106 мкм
Плазменный вращающийся электрод (PREP)	Центробежная дезинтеграция расплавленного металла	15-45 мкм
Электродная индукционная газовая атомизация (EIGA)	Индукционное плавление + газовое распыление	15-250 мкм

Типичные диапазоны производимых размеров

При газовом распылении высокоскоростные струи инертного газа, например аргона или азота, разбивают расплавленный поток металлического титана на мелкие капли, которые застывают в порошок. При этом образуются сферические частицы с гладкой поверхностью, что является результатом эффекта поверхностного натяжения.

PREP и EIGA - варианты, обеспечивающие повышенный контроль, более узкое распределение по размерам и оптимизацию формы.

Технические характеристики

Сферический титановый порошок выпускается в различных размерах, классифицируемых по диаметру частиц. Обычные диапазоны размеров на основе сетки включают:

Таблица 3: Характеристики размера частиц

Классификация размеров	Диапазон ячеек	Диаметр частиц
Малый	-325 меш	<45 мкм
Средний	140-325 меш	45-100 мкм
Большой	+100 меш	>106 мкм

Другие параметры, используемые для определения порошков:

• Сферичность: >90% показывает, насколько сферическими являются частицы
• Плотность крана: 2,2-3,5 г/см3 означает плотность упаковки
• Коэффициент Хаузнера: <1,25 указывает на текучесть
• Кажущаяся плотность: диапазон, основанный на составе
• Скорость потока: измерение массового расхода через воронку

Стандарты, используемые для определения порошков, включают ASTM B819, ASTM F3049, EN 10204/3.1.

Применение Сферический титановый порошок

Контролируемый гранулометрический состав и сферическая морфология обеспечивают определенные преимущества, которые расширяют сферу применения титанового порошка:

Таблица 4: Типичные области применения сферического титанового порошка

Область	Преимущества
3D-печать	Отличная текучесть, плотность упаковки для аддитивного производства
Литье металлов под давлением	Позволяет изготавливать детали сложной сетчатой формы
Термическое напыление	Повышает плотность покрытия и эффективность осаждения
Порошковая металлургия	Облегчает производство титановых деталей, таких как крепеж, зубчатые колеса
Биомедицина	Улучшает свойства поверхностных покрытий для имплантатов
Аэрокосмическая промышленность	Используется для ремонта деталей реактивных двигателей методом горячего изостатического прессования

Основное преимущество сферического порошка заключается в том, что он лучше, чем порошок неправильной формы, поддается автоматизированной обработке материала. Это позволяет изготавливать титановые детали практически чистой формы.

Поставщики и ценообразование

Сферический металлический порошок титана продается различными ведущими производителями:

Таблица 5: Основные поставщики сферического титанового порошка

Компания	Методы производства
AP&C	Распыление газа
Технология столярных работ	Индукционное плавление электродов
Sandvik	Плазменное распыление
TLS Technik	Распыление газа
Tekna	Индукция плазмы

Оценка стоимости:

• Чистый титан: $50-100 за кг
• Титановые сплавы: $70-150 за кг

Цена варьируется в зависимости от заказанного количества, марки порошка, диапазона размеров частиц, а также рыночного спроса и экономики предложения.

Плюсы и минусы сферического титанового порошка

Таблица 6: Сравнение преимуществ и недостатков

Преимущества	Недостатки
Отличная текучесть для автоматизации	Более высокая стоимость по сравнению с другими формами
Высокая плотность упаковки	Ограниченное наличие очень больших размеров
Контролируемый гранулометрический состав	Требуется контролируемая инертная атмосфера
Возможность изготовления почти сетчатой формы	Реактивный при высоких температурах
Хорошо смешивается с другими пудрами	Опасность взрыва пыли должна быть устранена
Достижение свойств материала, близких к основным

В то время как сферический титановый порошок обеспечивает большую гибкость процесса, но при этом требует мер предосторожности при обращении с ним во избежание воспламенения или взрыва. Стоимость выше, чем у других видов, таких как губчатая мелочь.

Вопросы и ответы

Каков типичный уровень чистоты сферического титанового порошка?

Для чистых титановых порошков уровень чистоты составляет 99,5% минимального содержания титана в соответствии со стандартами ASTM. Для сплавов, таких как Ti-6Al-4V, уровень содержания титана составляет более 90% с определенными диапазонами для других элементов.

Какой диапазон размеров лучше всего подходит для аддитивного производства?

Для большинства процессов плавки титанового порошка идеальный размер частиц составляет 45-100 микрон. Более мелкие частицы плохо подаются, а более крупные влияют на разрешение. Стандарты, такие как ASTM F3049, содержат спецификации.

Влияет ли сферическая форма на свойства напечатанных деталей?

Да, сферические частицы обеспечивают более высокую плотность отпечатков и лучшее межчастичное сцепление, что приводит к улучшению механических свойств. Детали могут иметь свойства, близкие к свойствам объемного титана.

Какова типичная производственная мощность для сферического титанового порошка?

В настоящее время мощности ведущих производителей сферического титанового порошка составляют от нескольких сотен тонн в год до более чем 2000 тонн в год. Ожидается значительное расширение мощностей в соответствии с ростом производства металлов AM.

Как определяется цена на сферический титановый порошок?

Цена зависит от состава порошка, диапазона размеров частиц, метода производства, объема заказа и рыночных условий. Малые размеры (<45 мкм) обычно на 20-30% дороже, чем большие размеры, из-за большей сложности обработки и спроса.

Заключение

Сферический титановый порошок имеет явные преимущества перед другими формами титановых порошков в плане текучести, плотности упаковки и повторяемости при автоматизированной обработке порошка. Это позволяет изготавливать компоненты почти сетчатой формы с превосходными свойствами.

Различные методы газового распыления позволяют производить титановые сплавы с индивидуальным распределением частиц по размерам для таких методов производства, как 3D-печать металлов, основанных на технологии порошкового напыления.

Несмотря на рост цен, преимущества сферической морфологии способствуют все более широкому применению металлического титана в различных отраслях промышленности, что позволяет расширить сферу его применения за пределы традиционной обработки. Усовершенствования продолжаются, улучшая распределение по размерам и состав сплавов для дальнейшего улучшения свойств.

узнать больше о процессах 3D-печати